低氣味NA系列催化劑在(zài)聚氨酯材料中的(de)應用
郭毅
奧斯佳材料科技
聚氨酯添加劑
松勝路1218号
201600 上(shàng)海
中國(guó)
研究背景及意義
聚氨酯材料，作爲(wéi / wèi)用途相當廣泛的(de)高分子(zǐ)材料之(zhī)一(yī / yì ／yí)，應用涉及建築、裝飾和(hé / huò)家具等各個(gè)領域。同時(shí)，聚氨酯具備的(de)舒适性和(hé / huò)輕量化等優良性能使其成爲(wéi / wèi)初始應用于(yú)汽車領域的(de)高分子(zǐ)材料之(zhī)一(yī / yì ／yí)。據統計，在(zài)一(yī / yì ／yí)輛汽車中，利用聚氨酯制作的(de)材料如汽車座椅，頭枕，儀表盤，地(dì / de)墊，車頂棚和(hé / huò)各種内飾件材料，總重量大(dà)約在(zài)19.6kg，其中大(dà)部分爲(wéi / wèi)聚氨酯發泡材。在(zài)居室用品方面，聚氨酯應用制品展示出(chū)良好的(de)舒适性。廣泛應用于(yú)坐墊材料以(yǐ)及分散人(rén)體壓力的(de)健康被褥，均是(shì)用軟質泡沫制備而(ér)成。在(zài)廚房用品方面，硬質泡沫由于(yú)其優異的(de)隔熱性能應用于(yú)電冰箱等保溫産品。利用聚氨酯獲得滿足需求的(de)不(bù)同性能的(de)軟泡材料，生産上(shàng)會引入各種添加劑和(hé / huò)不(bù)同的(de)配方，但這(zhè)也(yě)将導緻揮發性有機物的(de)增加。例如聚醚多元醇中含有一(yī / yì ／yí)些低活性的(de)小分子(zǐ)多元醇，聚合物多元醇中含有一(yī / yì ／yí)定量的(de)抗氧劑，促進發泡反應的(de)叔胺類催化劑以(yǐ)及凝膠反應催化劑辛酸亞錫等，這(zhè)些都成爲(wéi / wèi)揮發性有機化合物的(de)來(lái)源。
随着人(rén)們對健康安全的(de)關注度越來(lái)越高，爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)保障生活環境内的(de)空氣質量，在(zài)汽車行業,各大(dà)車廠紛紛制定了(le／liǎo)各自的(de)有機物質量控制标準，我國(guó)更是(shì)對車内的(de)空氣中的(de)有機化合物特别是(shì)五苯三醛的(de)濃度有嚴格的(de)規定。除了(le／liǎo)揮發性有機物濃度外，作爲(wéi / wèi)消費者，對車内氣味的(de)關注度也(yě)與日俱增。另外,在(zài)生活家居方面，各國(guó)政府制定了(le／liǎo)各種各樣的(de)标準，甚至一(yī / yì ／yí)些企業制定了(le／liǎo)自己的(de)企業标準。表1和(hé / huò)表2分别列出(chū)了(le／liǎo)對于(yú)室内空氣質量和(hé / huò)民用建築工程室内環境污染控制規範的(de)國(guó)标。
基于(yú)對生命健康、環境以(yǐ)及市場等多種因素的(de)考慮，聚氨酯業内人(rén)士作了(le／liǎo)不(bù)懈的(de)努力，相繼開發出(chū)低散發性聚醚，反應型催化劑、低霧化矽油等創新性産品。盡管這(zhè)些産品對降低揮發物有一(yī / yì ／yí)定的(de)促進作用，但仍有許多問題亟待解決，例如反應型催化劑可能與聚合物的(de)鏈端進行作用導緻鏈端反應終止，導緻泡綿過分的(de)開孔破壞發泡過程中的(de)穩定性，進而(ér)導緻聚合材料物性變差；而(ér)低VOC催化劑，雖然可以(yǐ)降低催化劑的(de)揮發性，卻很難除去自帶的(de)刺激性氣味；原料生産中引進更好的(de)真空抽濾裝置将易揮發小分子(zǐ)有機物（如醛類）除去，但卻很難控制在(zài)反應過程中産生的(de)小分子(zǐ)（如醛類）等。
研究方法及結果
本文介紹了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)種新型的(de)聚氨酯軟泡催化劑NA系列催化劑，利用該産品可以(yǐ)同時(shí)達到(dào)減小聚氨酯軟泡中氣味，降低總揮發性有機物（T-VOC）和(hé / huò)醛類的(de)目的(de)。下面介紹了(le／liǎo)NA-700催化劑與胺類催化劑的(de)對比以(yǐ)及NA系列催化劑的(de)優良特性。
試驗配方與發泡工藝
首先将料溫控制在(zài)22~25 ℃，再依照上(shàng)表配方準确稱取A組分，在(zài)轉速2500 r/min下混合攪拌60 s，然後定量倒入B組分，以(yǐ)轉速2500 r/min攪拌5 s，快速倒入模具箱中，從倒B組分開始用秒表計時(shí)，直至吐氣結束，記錄發泡時(shí)間，再經過熟化獲得成品海綿，進行下一(yī / yì ／yí)步測試。
上(shàng)表根據由第三方（天祥intertek）進行檢測，按照尼桑日産的(de)氣味測試方法對海綿的(de)氣味等級進行評判。從結果上(shàng)可以(yǐ)看出(chū)，相對于(yú)對标樣品，使用NA系列低氣味催化劑，可以(yǐ)對泡棉的(de)整體氣味都有非常明顯的(de)改善，基本上(shàng)可以(yǐ)直接降低一(yī / yì ／yí)個(gè)等級。
另外，對于(yú)泡沫醛類和(hé / huò)T-VOC含量的(de)檢測，由SGS對上(shàng)述泡沫進行測試。
在(zài)上(shàng)表中，使用了(le／liǎo)NA-700催化劑後，五苯三醛都有了(le／liǎo)顯著的(de)降低。特别是(shì)甲醛含量降低了(le／liǎo)64%，T-VOC也(yě)同比降低了(le／liǎo)65%。
結論
1：NA系列低氣味催化劑能有效降低聚氨酯材質的(de)氣味等級。
2：NA系列低氣味催化劑可以(yǐ)有效降低泡沫中的(de)五苯三醛含量以(yǐ)及T-VOC含量。
作者介紹
郭毅
1980年出(chū)生，南開大(dà)學高分子(zǐ)碩士，南京工業大(dà)學博士。2005年加入GE東芝有機矽公司（後邁圖公司）從事聚氨酯添加劑産品工藝和(hé / huò)生産，2010年加入奧斯佳，從事産品研發工作和(hé / huò)生産工作，2020任職奧斯佳材料科技生産總監。
奧斯佳材料科技
聚氨酯添加劑
松勝路1218号
201600 上(shàng)海
中國(guó)
研究背景及意義
聚氨酯材料，作爲(wéi / wèi)用途相當廣泛的(de)高分子(zǐ)材料之(zhī)一(yī / yì ／yí)，應用涉及建築、裝飾和(hé / huò)家具等各個(gè)領域。同時(shí)，聚氨酯具備的(de)舒适性和(hé / huò)輕量化等優良性能使其成爲(wéi / wèi)初始應用于(yú)汽車領域的(de)高分子(zǐ)材料之(zhī)一(yī / yì ／yí)。據統計，在(zài)一(yī / yì ／yí)輛汽車中，利用聚氨酯制作的(de)材料如汽車座椅，頭枕，儀表盤，地(dì / de)墊，車頂棚和(hé / huò)各種内飾件材料，總重量大(dà)約在(zài)19.6kg，其中大(dà)部分爲(wéi / wèi)聚氨酯發泡材。在(zài)居室用品方面，聚氨酯應用制品展示出(chū)良好的(de)舒适性。廣泛應用于(yú)坐墊材料以(yǐ)及分散人(rén)體壓力的(de)健康被褥，均是(shì)用軟質泡沫制備而(ér)成。在(zài)廚房用品方面，硬質泡沫由于(yú)其優異的(de)隔熱性能應用于(yú)電冰箱等保溫産品。利用聚氨酯獲得滿足需求的(de)不(bù)同性能的(de)軟泡材料，生産上(shàng)會引入各種添加劑和(hé / huò)不(bù)同的(de)配方，但這(zhè)也(yě)将導緻揮發性有機物的(de)增加。例如聚醚多元醇中含有一(yī / yì ／yí)些低活性的(de)小分子(zǐ)多元醇，聚合物多元醇中含有一(yī / yì ／yí)定量的(de)抗氧劑，促進發泡反應的(de)叔胺類催化劑以(yǐ)及凝膠反應催化劑辛酸亞錫等，這(zhè)些都成爲(wéi / wèi)揮發性有機化合物的(de)來(lái)源。
随着人(rén)們對健康安全的(de)關注度越來(lái)越高，爲(wéi / wèi)了(le／liǎo)保障生活環境内的(de)空氣質量，在(zài)汽車行業,各大(dà)車廠紛紛制定了(le／liǎo)各自的(de)有機物質量控制标準，我國(guó)更是(shì)對車内的(de)空氣中的(de)有機化合物特别是(shì)五苯三醛的(de)濃度有嚴格的(de)規定。除了(le／liǎo)揮發性有機物濃度外，作爲(wéi / wèi)消費者，對車内氣味的(de)關注度也(yě)與日俱增。另外,在(zài)生活家居方面，各國(guó)政府制定了(le／liǎo)各種各樣的(de)标準，甚至一(yī / yì ／yí)些企業制定了(le／liǎo)自己的(de)企業标準。表1和(hé / huò)表2分别列出(chū)了(le／liǎo)對于(yú)室内空氣質量和(hé / huò)民用建築工程室内環境污染控制規範的(de)國(guó)标。
表1 GB18883-2002室内空氣質量标準
| 控制物質 | 單位 | 标準值 | 參考 |
| 甲醛 | mg/m3 | 0.1 | 1小時(shí)均值 |
| 苯 | mg/m3 | 0.11 | 1小時(shí)均值 |
| 甲苯 | mg/m3 | 0.2 | 1小時(shí)均值 |
| 二甲苯 | mg/m3 | 0.2 | 1小時(shí)均值 |
| 氨 | mg/m3 | 0.2 | 1小時(shí)均值 |
| 總揮發有機物(TVOC) | mg/m3 | 0.6 | 8小時(shí)均值 |
表2 GB50325-2010民用建築工程室内環境污染控制規範
| 控制物質 | 單位 | 一(yī / yì ／yí)類建築 | 二類建築 |
| 甲醛 | mg/m3 | 0.08 | 0.1 |
| 苯 | mg/m3 | 0.09 | 0.09 |
| 氨 | mg/m3 | 0.2 | 0.2 |
| 總揮發有機物(TVOC) | mg/m3 | 0.5 | 0.6 |
基于(yú)對生命健康、環境以(yǐ)及市場等多種因素的(de)考慮，聚氨酯業内人(rén)士作了(le／liǎo)不(bù)懈的(de)努力，相繼開發出(chū)低散發性聚醚，反應型催化劑、低霧化矽油等創新性産品。盡管這(zhè)些産品對降低揮發物有一(yī / yì ／yí)定的(de)促進作用，但仍有許多問題亟待解決，例如反應型催化劑可能與聚合物的(de)鏈端進行作用導緻鏈端反應終止，導緻泡綿過分的(de)開孔破壞發泡過程中的(de)穩定性，進而(ér)導緻聚合材料物性變差；而(ér)低VOC催化劑，雖然可以(yǐ)降低催化劑的(de)揮發性，卻很難除去自帶的(de)刺激性氣味；原料生産中引進更好的(de)真空抽濾裝置将易揮發小分子(zǐ)有機物（如醛類）除去，但卻很難控制在(zài)反應過程中産生的(de)小分子(zǐ)（如醛類）等。
研究方法及結果
本文介紹了(le／liǎo)一(yī / yì ／yí)種新型的(de)聚氨酯軟泡催化劑NA系列催化劑，利用該産品可以(yǐ)同時(shí)達到(dào)減小聚氨酯軟泡中氣味，降低總揮發性有機物（T-VOC）和(hé / huò)醛類的(de)目的(de)。下面介紹了(le／liǎo)NA-700催化劑與胺類催化劑的(de)對比以(yǐ)及NA系列催化劑的(de)優良特性。
表3 NA-700與A-33兩種催化劑的(de)特性比較
| 特性 | NA-700 | A-33 |
| 外觀 | 透明微黃 | 透明微黃 |
| 氣味 | 極低氣味 | 胺味 |
| 粘度@25℃,mPa/s | 100 | 95 |
| pH 值 | 10 | 12.1 |
| 羟值(mg KOH/g) | 732 | 557 |
| VDA270标準測試氣味Odor grade | 2.5 | 5.5 |
試驗配方與發泡工藝
表4 組分A和(hé / huò)組分B用于(yú)制備Foam-S和(hé / huò)Foam-700的(de)配方
| TM36 | Foam-S | Foam-700 | |
| A | TEP-330N | 80 | 80 |
| TPOP-3630 | 20 | 20 | |
| 水 | 3.2 | 3.2 | |
| UF-5361 | 0.6 | 0.6 | |
| DEOA | 2 | 2 | |
| 反應性凝膠催化劑 | 0.7 | 0 | |
| NA-700 | 0 | 0.7 | |
| 反應性發泡催化劑 | 0.15 | 0.15 | |
| B | 改性MDI | 70 | 70 |
首先将料溫控制在(zài)22~25 ℃，再依照上(shàng)表配方準确稱取A組分，在(zài)轉速2500 r/min下混合攪拌60 s，然後定量倒入B組分，以(yǐ)轉速2500 r/min攪拌5 s，快速倒入模具箱中，從倒B組分開始用秒表計時(shí)，直至吐氣結束，記錄發泡時(shí)間，再經過熟化獲得成品海綿，進行下一(yī / yì ／yí)步測試。
表5 第三方（Intertek）氣味測試 日産NES M0160[2016-N]
| 樣品 | 測試條件 | 測試員 | 刺激性 | 氣味種類 | 氣味強度 | 舒适度 | 評判結果 |
| <1.0 | <-1.0 | ||||||
| Foam-S | 20℃，50%RH，24HR | 測試員1 | 0.2 | 鹹魚味 | 2.3 | -1 | 合格 |
| 測試員2 | 0 | 發泡味 | 2.2 | -0.8 | |||
| 測試員3 | 0.3 | 氨臭味 | 2.5 | -1 | |||
| 測試員4 | 0.3 | 鹹魚味 | 2.5 | -1 | |||
| 測試員5 | 0.2 | 鹹魚味 | 2.5 | -1 | |||
| 平均值 | 0.2 | \ | 2.4 | -1 | |||
| Foam-700 | 20℃，50%RH，24HR | 測試員1 | 0 | 發泡味 | 1.3 | 0 | 合格 |
| 測試員2 | 0 | 發泡味 | 1 | 0 | |||
| 測試員3 | 0 | 發泡味 | 1.3 | 0 | |||
| 測試員4 | 0 | 發泡味 | 1.2 | 0 | |||
| 測試員5 | 0 | 發泡味 | 1.3 | 0 | |||
| 平均值 | 0 | \ | 1.2 | 0 | |||
| Foam-S | 80℃，4HR | 測試員1 | 0.8 | 鹹魚味 | 3.5 | -1.8 | 不(bù)合格 |
| 測試員2 | 0.5 | 鹹魚味 | 3.3 | -1.5 | |||
| 測試員3 | 1 | 氨臭味 | 3.5 | -2 | |||
| 測試員4 | 1 | 氨臭味 | 3.8 | -2 | |||
| 測試員5 | 0.8 | 氨臭味 | 3.5 | -1.8 | |||
| 平均值 | 0.8 | \ | 3.5 | -1.8 | |||
| Foam-700 | 80℃，4HR | 測試員1 | 0 | 發泡味 | 2 | -0.5 | 合格 |
| 測試員2 | 0.2 | 發泡味 | 2.2 | -0.7 | |||
| 測試員3 | 0.2 | 發泡味 | 2.5 | -1 | |||
| 測試員4 | 0 | 發泡味 | 2 | -0.5 | |||
| 測試員5 | 0.2 | 發泡味 | 2.2 | -0.7 | |||
| 平均值 | 0.1 | \ | 2.2 | -0.7 | |||
上(shàng)表根據由第三方（天祥intertek）進行檢測，按照尼桑日産的(de)氣味測試方法對海綿的(de)氣味等級進行評判。從結果上(shàng)可以(yǐ)看出(chū)，相對于(yú)對标樣品，使用NA系列低氣味催化劑，可以(yǐ)對泡棉的(de)整體氣味都有非常明顯的(de)改善，基本上(shàng)可以(yǐ)直接降低一(yī / yì ／yí)個(gè)等級。
另外，對于(yú)泡沫醛類和(hé / huò)T-VOC含量的(de)檢測，由SGS對上(shàng)述泡沫進行測試。
表6 第三方（SGS）檢測泡沫五苯三醛含量
| Test Data(μg/m3) | 标準 | Foam-S | Foam-700 |
| 甲醛 | 100 | 154 | 56 |
| 乙醛 | 50 | ND | ND |
| 丙烯醛 | 50 | 44 | ND |
| 苯 | 110 | ND | ND |
| 甲苯 | 1100 | 26 | 24 |
| 二甲苯 | 1500 | 12 | ND |
| 乙苯 | 1500 | 32 | ND |
| 苯乙烯 | 260 | 58 | 12 |
| TVOC(C6-C16) | 2842 | 1024 |
在(zài)上(shàng)表中，使用了(le／liǎo)NA-700催化劑後，五苯三醛都有了(le／liǎo)顯著的(de)降低。特别是(shì)甲醛含量降低了(le／liǎo)64%，T-VOC也(yě)同比降低了(le／liǎo)65%。
結論
1：NA系列低氣味催化劑能有效降低聚氨酯材質的(de)氣味等級。
2：NA系列低氣味催化劑可以(yǐ)有效降低泡沫中的(de)五苯三醛含量以(yǐ)及T-VOC含量。
| 産品 | NA-700 | NA-720 | NA-830 | |
| 催化劑類型 | 凝膠型 | ●●● | ||
| 平衡型 | ●●● | |||
| 延時(shí)型 | ●●● | |||
| 低氣味型 | ●●● | ●●● | ●●● | |
| 應用類型 | 普通流水線 | √ | √ | |
| 模塑高回彈 | √ | √ | ||
| 産品特性 | 無氣味低揮發凝膠催化劑。該催化劑可以(yǐ)有效降低泡沫氣味和(hé / huò)揮發物。同時(shí)可提高泡棉開孔性，有助于(yú)獲得細膩綿軟手感的(de)泡沫可應用于(yú)模塑高回彈泡沫，慢回彈泡沫等多種用途。 | 高效無氣味低揮發平衡型催化劑。催化效率高，可以(yǐ)有效降低泡沫氣味和(hé / huò)揮發物，改善海綿氣味問題。可應用于(yú)普通泡沫，高回彈泡沫和(hé / huò)慢回彈泡沫等多種用途。 | 專用于(yú)模塑泡沫的(de)無氣味延遲型凝膠催化劑。有助于(yú)提高高回彈泡沫的(de)穩定性。增加泡沫開孔性。 | |
作者介紹
郭毅
1980年出(chū)生，南開大(dà)學高分子(zǐ)碩士，南京工業大(dà)學博士。2005年加入GE東芝有機矽公司（後邁圖公司）從事聚氨酯添加劑産品工藝和(hé / huò)生産，2010年加入奧斯佳，從事産品研發工作和(hé / huò)生産工作，2020任職奧斯佳材料科技生産總監。